5G in rezanje omrežja
Ko se pogosto omenja 5G, je rezanje omrežja najbolj razpravljana tehnologija med njimi. Omrežni operaterji, kot so KT, SK Telecom, China Mobile, DT, KDDI, NTT, in prodajalci opreme, kot so Ericsson, Nokia in Huawei, vsi verjamejo, da je rezanje omrežja idealna omrežna arhitektura za dobo 5G.
Ta nova tehnologija omogoča operaterjem, da v strojno infrastrukturo razdelijo več virtualnih omrežij od konca do konca, pri čemer je vsak omrežni del logično izoliran od naprave, dostopnega omrežja, transportnega omrežja in osrednjega omrežja, da zadosti različnim značilnostim različnih vrst storitev.
Za vsak omrežni del so v celoti zagotovljeni namenski viri, kot so virtualni strežniki, pasovna širina omrežja in kakovost storitve. Ker so delci ločeni med seboj, napake ali okvare v enem delu ne bodo vplivale na komunikacijo drugih delov.
Zakaj 5G potrebuje rezanje omrežja?
Od preteklosti do sedanjega omrežja 4G so mobilna omrežja v glavnem služila mobilnim telefonom in so na splošno le delno optimizirana za mobilne telefone. Vendar pa morajo v dobi 5G mobilna omrežja služiti napravam različnih vrst in zahtev. Številni omenjeni scenariji uporabe vključujejo mobilni širokopasovni dostop, obsežni internet stvari in kritični internet stvari. Vsi potrebujejo različne vrste omrežij in imajo različne zahteve glede mobilnosti, računovodstva, varnosti, nadzora pravilnikov, zakasnitve, zanesljivosti in tako naprej.
Na primer, obsežna storitev interneta stvari povezuje fiksne senzorje za merjenje temperature, vlažnosti, padavin itd. Ni potrebe po predaji podatkov, posodobitvah lokacije in drugih funkcijah glavnih strežnih telefonov v mobilnem omrežju. Poleg tega kritične storitve interneta stvari, kot sta avtonomna vožnja in daljinsko upravljanje robotov, zahtevajo zakasnitev od začetka do konca v nekaj milisekundah, kar se zelo razlikuje od mobilnih širokopasovnih storitev.
Glavni scenariji uporabe 5G
Ali to pomeni, da za vsako storitev potrebujemo namensko omrežje? Na primer, eno služi mobilnim telefonom 5G, eno služi masivnemu internetu stvari 5G in eno služi kritičnemu internetu stvari 5G. Ni nam treba, saj lahko z rezanjem omrežja ločimo več logičnih omrežij iz ločenega fizičnega omrežja, kar je zelo stroškovno učinkovit pristop!
Zahteve aplikacije za rezanje omrežja
Spodaj je prikazan del omrežja 5G, opisan v beli knjigi o 5G, ki jo je izdala NGMN:
Kako implementiramo celovito rezanje omrežja?
(1) Brezžično dostopovno omrežje 5G in osrednje omrežje: NFV
V današnjem mobilnem omrežju je glavna naprava mobilni telefon. RAN (DU in RU) in osrednje funkcije so zgrajene iz namenske omrežne opreme, ki jo zagotavljajo prodajalci RAN. Za izvedbo razčlenjevanja omrežja je predpogoj virtualizacija omrežnih funkcij (NFV). V osnovi je glavna ideja NFV namestitev programske opreme za omrežne funkcije (tj. MME, S/P-GW in PCRF v jedru paketov in DU v RAN) v virtualne stroje na komercialnih strežnikih namesto ločeno v njihove namenske omrežne naprave. Na ta način se RAN obravnava kot robni oblak, medtem ko se osrednja funkcija obravnava kot osrednji oblak. Povezava med VMS, ki se nahaja na robu in v osrednjem oblaku, se konfigurira z uporabo SDN. Nato se za vsako storitev ustvari ločen odsek (tj. telefonski odsek, masivni odsek interneta stvari, kritični odsek interneta stvari itd.).
Kako implementirati eno od metod rezanja omrežja (I)?
Spodnja slika prikazuje, kako je mogoče virtualizirati in namestiti vsako aplikacijo, specifično za storitev, v posamezni rezini. Rezanje je na primer mogoče konfigurirati na naslednji način:
(1) Rezanje UHD: virtualizacija strežnikov DU, 5G jedra (UP) in predpomnilniških strežnikov v robnem oblaku ter virtualizacija strežnikov 5G jedra (CP) in MVO v osrednjem oblaku
(2) Rezanje telefonov: virtualizacija jeder 5G (UP in CP) in strežnikov IMS s polnimi zmogljivostmi mobilnosti v osrednjem oblaku
(3) Obsežno razdeljevanje interneta stvari (npr. senzorska omrežja): Virtualizacija preprostega in lahkega jedra 5G v jedrnem oblaku nima zmogljivosti upravljanja mobilnosti.
(4) Kritično razdeljevanje interneta stvari: Virtualizacija jeder 5G (UP) in povezanih strežnikov (npr. strežnikov V2X) v robnem oblaku za zmanjšanje zakasnitve prenosa
Do sedaj smo morali ustvariti namenske rezine za storitve z različnimi zahtevami. Funkcije virtualnega omrežja so nameščene na različnih lokacijah v vsaki rezini (tj. robni oblak ali osrednji oblak) glede na različne značilnosti storitve. Poleg tega so nekatere omrežne funkcije, kot so obračunavanje, nadzor pravilnikov itd., morda potrebne v nekaterih rezinah, v drugih pa ne. Operaterji lahko prilagodijo razdelitev omrežja po svojih željah in verjetno na najbolj stroškovno učinkovit način.
Kako implementirati eno od metod rezanja omrežja (I)?
(2) Razdelitev omrežja med robnim in osrednjim oblakom: IP/MPLS-SDN
Programsko definirano omrežje, čeprav je bil ob prvi predstavitvi preprost koncept, postaja vse bolj zapleteno. Če za primer vzamemo obliko prekrivanja, lahko tehnologija SDN zagotovi omrežno povezavo med virtualnimi stroji na obstoječi omrežni infrastrukturi.
Rezanje omrežja od konca do konca
Najprej si bomo ogledali, kako zagotoviti varno omrežno povezavo med robnim oblakom in virtualnimi stroji v osrednjem oblaku. Omrežje med virtualnimi stroji mora biti implementirano na podlagi IP/MPLS-SDN in Transport SDN. V tem članku se osredotočamo na IP/MPLS-SDN, ki ga zagotavljajo prodajalci usmerjevalnikov. Ericsson in Juniper ponujata izdelke omrežne arhitekture IP/MPLS SDN. Delovanje se nekoliko razlikuje, vendar je povezljivost med VMS, ki temeljijo na SDN, zelo podobna.
V osrednjem oblaku so virtualizirani strežniki. V hipervizorju strežnika se zažene vgrajeni vRouter/vSwitch. Krmilnik SDN zagotavlja konfiguracijo tunela med virtualiziranim strežnikom in usmerjevalnikom DC G/W (usmerjevalnik PE, ki ustvarja MPLS L3 VPN v podatkovnem centru v oblaku). Ustvarite tunele SDN (npr. MPLS GRE ali VXLAN) med vsakim virtualnim strojem (npr. jedrom 5G IoT) in usmerjevalniki DC G/W v osrednjem oblaku.
Krmilnik SDN nato upravlja preslikavo med temi tuneli in MPLS L3 VPN, kot je IoT VPN. Postopek je enak v robnem oblaku, kjer se ustvari rezina interneta stvari, povezana od robnega oblaka do hrbtenice IP/MPLS in vse do osrednjega oblaka. Ta postopek je mogoče implementirati na podlagi tehnologij in standardov, ki so do sedaj zreli in na voljo.
(3) Razdelitev omrežja med robnim in osrednjim oblakom: IP/MPLS-SDN
Zdaj preostane le še mobilno fronthaul omrežje. Kako bomo to mobilno fronthall omrežje ločili med robnim oblakom in 5G RU? Najprej je treba definirati 5G front-haul omrežje. Razpravlja se o nekaterih možnostih (npr. uvedba novega paketno zasnovanega forward omrežja z na novo definiranim delovanjem DU in RU), vendar še ni bila sprejeta nobena standardna definicija. Naslednja slika je diagram, predstavljen v delovni skupini ITU IMT 2020, in prikazuje primer virtualiziranega fronthaul omrežja.
Primer razdelitve omrežja 5G C-RAN s strani organizacije ITU
Čas objave: 2. februar 2024
